最新第一讲--电磁场基本问题及其应用发展介绍(共30张PPT)精品课件

➢ 要求有较强的逻辑推理能力
➢ 立足于宏观电磁关系，场的积分形式(xíngshì) 为主
➢ 应用非常广泛
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工程(gōngchéng)电磁场导论—导言
1.7 电磁场专业课特点
(tèdiǎn)
➢ 电类专业基础课—以经典理论为主，结合(jiéhé)电类工程问题， 既是专业基础课，又是专业（技术）课
斯坦创立狭义相对论的基本出发点：
光速不变原理：真空中的光速对任何惯性系中的观ห้องสมุดไป่ตู้者来说
都相同，不随光源和观测者所在参考系的相对运动而改变。
物体高速运动时将发生尺短钟慢的现象，当物体速度达 到光速时，物体沿空间方向的尺度会缩短为零，时间会慢到 停止。
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工程(gōngchéng)电磁场导论—导言
电视(television set）：1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视； 兹沃霄金在1923年和1924年相继发明了摄像管和显像管；1931年， 世界上第一个全电子电视系统出现。
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工程(gōngchéng)电磁场导论—导言
二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
1.3 工程(gōngchéng)电磁场研究内容或应用问题
✓ 电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，是当今世界最重要的 能源，其研究领域涉及电磁能量的产生、储存、变换、传输和综 合利用。
电磁力悬浮系统——EMS系统（Electromagnetic suspension）
电动力悬浮系统——EDS系统（Electrodynamic suspension）
2.4 电磁场理论的发展与应用研究
雷达（Radar）：雷达英文Radar是Radio Detection and Ranging 的缩
写，意思是无线电探测和测距。
1922年,马可尼发表无线电波能检测物体的论文，是雷达最 早的概念。雷达作为一种探测目标的电子设备，产生于二 次世界大战。 1936年，英国设计的警戒雷达投入运行； 1938年，美国研制成 第一部炮火控制雷达； 1940年，微波雷达出现； 1944年，自动 跟踪(gēnzōng)飞机的雷达研制成功； 1945年，显示运动目标的 显示技术发明。
麦克斯韦深入研究了电与磁之间相互联系问题。在法拉第
实验的基础上，总结了宏观电磁现象的基本规律，引入位移电流 的概念，提出了描述电磁现象的规律的偏微分方程(wēi fēn fānɡ chénɡ)，即麦克斯韦方程组，建立了宏观经典的电磁场理论。
麦克斯韦研究电磁场重要时间表： 1855年，开始致力于电磁学的研究
1.2 电磁场理论的科学内涵
作为理论物理学的一个
电
电磁学 重要(zhòngyào)研究分支，主
磁
要致 力于统一场理论和微观
(diànc
í)
量子电动力学的研究。
场
理
作为电类专业的理论基
论
础和专业技术，集中于三
工程电磁场 大类应用问题的研究。
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工程电磁场导论(dǎo lùn)—导言
✓ 电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会发布和 获取信息的主要手段，主要研究领域为信息的产生、获 取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用。
✓ 电磁波作为探测未知世界的一种重要手段，主要研究领 域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获取与 重建、探测新技术等。 （世界最大的射电望远镜，贵州，直 径500米，2016年9月）
1958年，美国开始研究实施这一计划，1964年研究成功子午仪卫 星导航系统。1973年美国提出了由24颗星组成的GPS计划。
北斗定位系统：北斗系统是我国建立的区域导航定位系统。 北斗一代以运行，北斗二代2011年完成系统组网，基本具 备运行能力，2020年完成建设任务。
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(chu ántǒ ng)
工 艺 品 ， 在我 国已有 三千年 多年 的 历 史 。 取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面光滑 ，因而 ，古人 常会在 上 面 作 画 。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今日的 蒲扇， 江浙称 之为芭 蕉扇。 六 七 十 年 代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆，轻 巧又便 宜的蒲 扇。 蒲 扇 流 传至 今 ， 我 的 记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也走过 了我们 的半个 人生的 轨迹， 携带着 特有的
公里的电报传送实验成功。
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二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.4 电磁场理论的发展与应用研究
有线电话（telephone）：1876年,美国科学家贝尔在美国建国100周
年博览会上展示了他所发明的有线电话。
广播(guǎngbō)（broadcasting）; 1906年,美国费森登用50千赫的发电 机作发射机，用微音器接入天线作为调制，使大西洋航船 上的报务员听到了广播播出的音乐，1919年第一个无线广播 电台在英国建立。
二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.4 电磁场理论的发展与应用研究
德国科学家赫兹1887年用火花隙激励一个环状天线，用另一 个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预
言。这一重要实验导致了后来无线电报的发明，从此开始(kāishǐ) 了电磁场与电磁波理论的应用与发展时代。
无线电报（telegraph）：1895年，马可尼进行2.5公里无线 电报 传送； 1896年，波波夫进行250米无线电报传送试验； 1899年， 跨越英吉利海峡的电报传送实验成功； 1901年，跨越大西洋3200
其信徒奥斯特1807年开始研究(yánjiū)电与磁之间的关系，1820
年发现电流以力作用于磁针。
安培发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到通有电流 的导线的垂直方向相互垂直，并建立了定量计算电流作用力的 数学公式。揭示了电流与磁之间密切的联系。
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➢ 突出专业基础课的基础性，强调基本概念、基本规律和电 磁场的基本分析计算方法
➢ 注重电磁场理论的应用性和实践性，重视工程问题的建模和定性分
析——以电磁场微分形式为主
➢ 强调专业课的功能，加强计算能力的训练，以便妥善处理工程电磁
场问题——直接为电气工程专业提供解决电磁场问题的方法
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1.4 问题(wèntí)
➢ 什么是场？电磁场的实质是什么？
➢ 载流线圈的磁场如何产生？电容器如何储能？ ➢ 一段导线如何发射或接收信号？ ➢ 电磁场在空间如何传播？
➢ 能量如何沿导线传输和以波形式传输？ —电磁场理论(lǐlùn)学习除了回答这些简单问题外，对于理
二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.2 电磁场理论的建立
法拉第相信“电、磁、光、热是相互联系的”观点。奥斯特 1820年发现电流以力作(lì zuò)用于磁针后，法拉第敏锐地意识到磁也 一定能对电产生影响。1821年他开始探索研究磁生电的实验，经过十 年研究，于1831年他发现：当磁棒插入导体线圈后，导体线圈中就产 生电流。这表明：电和磁之间存在着密切的联系。
一定质量物体之间具有吸引力称为万有引力。万有引力解释为带电
粒子高速形成的磁场力。
2016年2月11日，Ligo(激光干涉引力波天文台)探测到距离地球13亿光
年的两个黑洞并合产生的引力波
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工程电磁场导论(dǎo lùn)—导言
二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
——沈括«梦溪笔谈»
磁偏角现象，西方1492年哥伦布发现，比沈括晚了400多年。
19世纪之前，电、磁为两个独立的物理现象被单独研究。
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二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.2 电磁场理论的建立
18世纪末期，德国哲学家谢林提出“电是宇宙的活力和灵 魂”，“电、磁、光、热是相互联系的”观点。
1864年，“电磁场的动力学理论”发表 1873年，“电磁通论”著作完成，经典宏观的电磁场理论建
立。
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二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.3 电磁场理论的发展
电磁场理论——光速不变原理 光速不变原理由联合(liánhé)求解麦克斯韦方程得到，是爱因
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三、电磁场理论(lǐlùn)应用
3.1 电磁场（与电磁波）的基本(jīběn)应 用 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电
场对于带电粒子具有力的作用。
电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场 力的作用。
当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因 特网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信等信息技术都是利用 电磁波作为媒介传输信息的。
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解电气工程中发生的许多现象也是极其重要的，比如集成电 路、印制电路板的可靠性分析，电器设备绝缘可靠性试验分 析，电（磁）能转换应用中的效能分析等。
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1.5 电磁场研究的对象(duìxiàng)与内容
➢ 电磁场属性与运动规律 ➢ 场与媒质（物质）的相互作用
➢ 电磁场系统的计算与仿真
➢ 电磁能的开发与利用 ➢ 新器件与系统的开发
➢ 电磁场与波的其它(qítā)应用
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1.6 电磁场理论课特点
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➢ 理论体系严谨、科学
➢ 理论内容抽象——看不见，摸不着 ➢ 理论复杂——时域、频域、空域、极化
念 想 ， 一 年 年，一 天天， 流向长 长的时 间隧道 ，袅
讲--电磁场基本问题及其应用(yìngyòng)发展
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课程 导言 (kèchéng)
➢一、电磁场（理论）科学内涵
➢二、电磁场理论(lǐlùn)发展
➢三、电磁场理论应用
➢四、学习目的、要求和安排
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二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.4 电磁场理论的发展与应用研究
卫星定位(dìngwèi)技术（Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioning System _GPS）
201741电磁场与波的其它应用201741应用非常广泛201741电类专业基础课以经典理论为主结合电类工程问题既是专业基础课又是专业技术课突出专业基础课的基础性强调基本概念基本规律和电磁场的基本分析计算方法注重电磁场理论的应用性和实践性重视工程问题的建模和定性分析以电磁场微分形式为主强调专业课的功能加强计算能力的训练以便妥善处理工程电磁场问题直接为电气工程专业提供解决电磁场问题的方法20174110电磁现象是大自然最重要的现象也是最早被关注和研究的物理现象其中贡献大的科学家有富兰克林避雷针伏打伏特沈括哥伦布等
1969年，卫星通信发展趋于成熟。 卫星定位技术（Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global
Positioning System _GPS） 1957年，卫星发射成功后，以卫星为基地的对地球表面及近地
空间目标的定位和导航成为可能。
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工程电磁场导论(dǎo lùn)—导言
一、电磁场理论(lǐlùn)的科学内涵
1.1 电气工程学科(xuékē)理论核心； 电磁能量的生产及转换 电磁能量的传输与储存 电磁场能的开发和利用
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二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.4 电磁场理论的发展与应用研究
卫星通信（Satellite communication）：
1958年，美国低轨“探险者”卫星发射成功； 1964年，同步卫星通信实现了三大洲的通信； 1965年，第一颗商用定点同步卫星投入(tóurù)运行；
工程(gōngchéng)电磁场导论—导言
二、 电磁场理论(lǐlùn)的发展
2.1 电磁场理论的早期发展
电、磁现象是大自然最重要的现象，也是最早被关注和研 究的物理现象，其中贡献大的科学家有富兰克林(避雷针)、伏 打（伏特）、沈括、哥伦布等。
方家以磁石磨针锋，则能指南(zhǐnán)，然常偏东，不全南也。